Thiết kế TRỤC THEN nguyên lí chi tiết máy

Thiết kế TRỤC THEN nguyên lí chi tiết máy: đây là phần rất quan trọng trong đồ án.. tài liệu này rất chi tiết dễ hiểu giúp cho các bạn trong quá trình làm đồ án dễ dàng hơn, giúp các bạn hiểu được cách thiết kế trục và then

Chương TRỤC– THEN Các ký hiệu Ký hiệu Đơn vị b mm Đại lượng (tên gọi) Bề rộng then Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc trượt Cv d mm Đường kính trục f, [f] mm Độ võng độ võng cho phép G MPa Môđun đàn hồi trượt 𝐾𝜎 , 𝐾𝜏 Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung ứng suất l mm Chiều dài tính tốn đoạn trục M mm Mơmen trục 𝑠𝜎 , 𝑠𝜏 Hệ số an tồn tính tốn ứng suất uốn xoắn s, [s] Hệ số an toàn hệ số an toàn cho phép t mm Chiều sâu rãnh then 𝑊, 𝑊𝑜 , mm3 Mômen chống uốn xoắn 𝜎 , 𝜏 Hệ số xét đến ảnh hưởng ứng suất trung bình đến độ bền mỏi 𝜎 ,  𝜏 Hệ số kích thước  [] MPa Ứng suất xoắn ứng suất xoắn cho phép  [] MPa Ứng suất uốn ứng suất uốn cho phép  [] rad Góc xoay góc xoay cho phép  [] rad Góc xoắn góc xoắn cho phép [𝜎𝑞𝑡 ] MPa Ứng suất tải cho phép 189 Trục dùng để đỡ chi tiết quay, bao gồm trục tâm trục truyền Trục tâm quay với chi tiết lắp không quay, chịu lực ngang momen uốn Trục truyền ln ln quay, tiếp nhận đồng thời moment uốn momen xoắn Các trục hộp giảm tốc, hộp tốc độ trục truyền Chỉ tiêu quan trọng phần lớn trục độ bền, độ cứng trục quay nhanh độ ổn định dao động Tính tốn thiết kế trục bao gồm bước: - Chọn vật liệu - Tính thiết kế trục độ bền - Tính kiểm nghiệm trục độ bền mỏi - Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục độ cứng Đối với trục quay nhanh kiểm nghiệm trục độ ổn định dao động 7.1 Chọn vật liệu Với trục thiết bị khơng quan trọng, chịu tải thấp dùng thép không nhiệt luyện (CT5) để chế tạo trục Ở máy móc quan trọng, hộp giảm tốc, hộp tốc độ,… chịu tải trọng trung bình, thường dùng thép 45 thường hóa tơi cải thiện, thép 40X cải thiện để chế tạo trục Trường hợp tải nặng trục đặt ổ trượt quay nhanh, nên dùng thép hợp kim 20X, 12XH3A, 18XIT thấm cacbon để chế tạo trục Cơ tính số loại thép chế tạo trục tra bảng 7.1 Bảng 7.1.Cơ tính số vật liệu chế tạo trục Nhãn hiệu thép Nhiệt luyện Kích thước d(mm) không lớn 40 Tôi cải thiện 60 HB192÷228 700 400 45 Thường hóa 80 HB170÷217 600 340 45 Tơi cải 100 HB192÷240 750 450 190 Độ rắn Giới hạn Giới hạn chảy bền 𝜎𝑏 (MPa) 𝜎𝑐𝑕 (MPa) thiện 45 Tơi cải thiện 60 HB241÷285 850 580 50 Thường hóa 80 HB179÷ 228 640 350 50 Tơi cải thiện 80 HB228÷255 700 800 530 40X Tơi cải thiện 100 HB 230÷260 850 550 40X Tơi cải thiện 60 HB260÷280 950 700 40X Thấm nitơ 60 HRC50÷90 1000 800 45X Tơi cải thiện 100 HB230÷280 850 650 45X Tơi cải thiện 100 300 HB163÷269 750 500 45X Tơi cải thiện 300 500 HB163÷269 700 450 40XH Tơi cải thiện 100 HB230÷300 850 600 40XH Tơi cải thiện 100 300 HB ≥ 241 800 580 40XH Tơi 40 HRC48÷54 1600 1400 35XM Tôi cải thiện 100 HB241 900 800 35XM Tôi cải thiện 50 HB269 900 800 35XM Tôi cải thiện 40 HRC45÷53 1600 1400 20X Thấm cacbon 60 HRC46÷ 53 650 400 12XH3A Thấm cacbon 60 HRC56� 22-30 2,8 > 30-38 10 3,3 > 38-44 12 3,3 > 44-50 14 5,5 3,8 > 50-58 16 10 4,3 > 58-65 18 11 4,4 > 65-75 20 12 7,5 4,9 > 75-85 22 14 5,4 > 85-95 25 14 5,4 > 95-110 28 16 10 6,4 > 110-130 32 18 11 7,4 214 > 130-150 36 20 12 8,4 > 150-170 40 22 13 9,4 > 170-200 45 25 15 10,4 > 200-230 50 28 17 11,4 > 230-260 56 32 20 12,4 > 260-290 63 32 20 12,4 > 290-330 70 36 22 14,4 > 330-380 80 40 25 15,4 > 380-440 90 45 28 17,4 > 440-500 100 50 31 19,5 Bảng 7.16 Các thông số then cao (TCVN 4218-86) Đường kính trục d (mm) Kích thước tiết diện then Chiều sâu rãnh then b h Trên trục, 𝑡1 Trên mayơ, 𝑡2 30-38 10 5,5 3,3 > 38-44 12 11 5,5 4,4 > 44-50 14 12 4,9 > 50-58 16 14 5,4 > 58-65 18 16 10 6,4 > 65-75 20 18 11 7,4 > 75-85 22 20 12 8,4 > 85-95 25 22 13 9,4 > 95-110 28 25 15 10,4 > 110-130 32 28 17 11,4 > 130-150 36 32 20 12,4 > 150-170 40 36 22 12,4 > 170-200 45 40 25 15,4 > 200-230 50 45 28 17,4 215 > 230-260 56 50 31 19,5 > 260-290 63 60 36 24,5 > 290-330 70 65 39 26,5 > 330-380 80 75 44 31,5 > 380-440 90 85 49 36,5 > 440-500 100 95 54 41,5 Bảng 7.17 Ứng suất dập [𝒅 ]cho phép mối ghép then Dạng lắp Vật mayơ liệu Đặt tính tải trọng Tĩnh Va đập nhẹ Va đập [𝑑 ],(MPa) mối ghép then Cố định Di động Thép Gang Thép 150 80 50 100 53 40 50 27 30 Bảng 7.18 Ứng suất cắt[𝒄 ]cho phép mối ghép then Vật liệu then Đặt tính tải trọng Tĩnh Va đập nhẹ Va đập [𝒄 ] ,(MPa) mối ghép then Thép C45, CT6 120 87 54 7.7 Thí dụ Tính tốn thiết kế trục hộp giảm tốc hình 7.7 có bánh dẫn 𝑧1 bánh xích tảibị dẫn 𝑧2 Bánh dẫn 𝑧1 có: mơđun pháp bánh 𝑚𝑛 =4mm, góc nghiêng β=120 bánh có 𝑧1 = 60 răng.Bánh xích tải có bước xích p= 100, số 𝑧2 = 11 Mơmen xoắn trục T=5.105 Nmm Các kích thước 𝐿1 = 150 𝑚𝑚, 𝐿2 = 170 𝑚𝑚, 𝐿3 = 200 𝑚𝑚 216 Hình 7.7.Sơ đồ trục hộp giảm tốc bánh phân đôi Giải Chọn vật liệu chế tạo trục thép C45 có 𝑏 = 600 𝑀𝑃𝑎, ứng suất xoắn cho phép 𝜏 = 12 … 20 𝑀𝑃𝑎 Xác định sơ đường kính trục theo (7.4) 𝑑𝑠𝑏 ≥ T = 55.03 𝑚𝑚 0,2 τ Chọn 𝜏 = 15 𝑀𝑃𝑎 Vậy đường kính sơ 𝑑𝑠𝑏 = 60 𝑚𝑚 Xác định giá trị lực tác dụng lên trục Đường kính vòng chia bánh nghiêng: 𝑚𝑛 𝑍1 60 𝑑1 = = = 245,4 𝑚𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 𝑐𝑜𝑠12 Lực vòng tác dụng lên bánh nghiêng, 𝐹𝑡1 : 2𝑇 𝐹𝑡1 = = 4075,6 𝑁 𝑑1 Lực hướng tâm tác dụng lên bánh nghiêng, 𝐹𝑟1 : 𝑡𝑔 𝐹𝑟1 = 𝐹𝑡1 = 1516,5 𝑁 𝑐𝑜𝑠𝛽 Lực dọc trục tác dụng lên bánh nghiêng, 𝐹𝑎1 : 𝐹𝑎1 = 𝐹𝑡1 𝑡𝑔𝛽 = 1483,4 𝑁 Lực hướng tâm tác dụng lên bánh bánh xích bị dẫn, 𝐹𝑟2 : 𝐹𝑟2 = 𝐹𝑡2 𝑘𝑥 217 2𝑇 Với𝐹𝑡2 = 𝑑 = 2817,3 𝑁 Với 𝑑2 = 𝑝 180 ) 𝑧2 sin ⁡( = 100 180 ) 11 sin ⁡( = 354,95 𝑚𝑚 Vì xích đặt nằm ngang nên ta chọn 𝑘𝑥 = 1,15 Vậy: 𝐹𝑟2 = 𝐹𝑡2 𝑘𝑥 = 1,15 = 3240 𝑁 Tính phản lực gối đỡ: Mômen uốn bánh số 1: 𝑑1 = 181985 𝑁𝑚𝑚 Chuyển mơ hình tính tốn từ chi tiết máy mơ hình sức bền vật liệu(xem hình 7.8.b) 𝑚𝑎1 = 𝐹𝑎1 + Phương trình cân mơmen A theo phương Y:(xem hình 7.8.c) 𝑚𝐴 𝑅𝑦 = 𝑚𝑎1 + 𝐹𝑟1 ∗ 𝐿1 + 𝑅𝐶𝑌 𝐿1 + 𝐿2 − 𝐹𝑟2 (𝐿1 + 𝐿2 + 𝐿3 ) =0  𝑅𝐶𝑌 = = − 𝑚 𝑎 − 𝐹𝑟1 ∗𝐿1 +𝐹𝑟2 𝐿1 +𝐿2 +𝐿3 𝐿1 +𝐿2 = − 181985 − (1516,5 ∗ 150) + 3240 ∗ (150 + 170 + 200) 150 + 170 = 3985,3 𝑁 +Phương trình cân lực: 𝑅 = 𝑅𝐴𝑌 + 𝐹𝑟1 + 𝑅𝐶𝑌 − 𝐹𝑟2 =  𝑅𝐴𝑌 = −𝑅𝐶𝑌 − 𝐹𝑟1 + 𝐹𝑟2 = −2407,2 − 606,6 + 1820 = −2262 𝑁 + Phương trình cân mơmen A theo phương X: (xem hình 7.8.e)  𝑚𝐴 𝑅𝑥 = 𝐹𝑡1 ∗ 𝐿1 − 𝑅𝐶𝑋 𝐿1 + 𝐿2 =  𝑅𝐶𝑋 = 𝐹𝑡1 ∗𝐿1 𝐿1 +𝐿2 = 1910.5𝑁 +Phương trình cân lực: 𝑅 = 𝑅𝐴𝑋 − 𝐹𝑡1 + 𝑅𝐶𝑋 = 218 𝑅𝐴𝑋 = −𝑅𝐶𝑋 + 𝐹𝑡1 = 2165,2𝑁 Vẽ biểu đồ mômen Sau tính phản lực gối ta tiến hành vẽ biểu đồ mơmen như: hình 7.8.d,f,g Hình 7.8 Biểu đồ mơmen Tính moment tương đương vị trí: + Vị trí B: 219 𝑀𝑡đ𝐵 = 2 𝑀𝑢𝑥𝐵 + 𝑀𝑢𝑦𝐵 + 0.75𝑇 = 3392872 + 3247762 + 0.75 ∗ 5000002 = 638823 𝑁𝑚𝑚 Đường kính trục tiết diện B: 𝑑𝐵 ≥ 50.4 𝑚𝑚 Trong đó, 𝜎𝐹 lấy theo bảng 7.5, 𝜎𝐹 = 50 𝑀𝑃𝑎 + Vị trí C: 𝑀𝑡đ𝐶 = 2 𝑀𝑢𝑥𝐶 + 𝑀𝑢𝑦𝐶 + 0.75𝑇 = 6479852 + 02 + 0.75 ∗ 5000002 = 779349 𝑁𝑚𝑚 Đường kính trục tiết diện C: 𝑑𝐶 ≥ 𝑀𝑡đ𝐶 = 53.82 𝑚𝑚 0.1 𝜎𝐹 + Vị trí D: 𝑀𝑡đ𝐷 = 2 𝑀𝑢𝑥𝐷 + 𝑀𝑢𝑦𝐷 + 0.75𝑇 02 + 02 + 0.75 ∗ 5000002 = 433013 𝑁𝑚𝑚 = Đường kính trục tiết diện D: 𝑑𝐷 ≥ 𝑀𝑡đ = 44,24 𝑚𝑚 0.1 𝜎𝐹 + Vị trí A: 𝑀𝑡đ𝐴 = 2 𝑀𝑢𝑥𝐴 + 𝑀𝑢𝑦𝐴 + 0.75𝑇 = 02 + 02 + 0.75 ∗ 02 = 𝑁𝑚𝑚 Vì 𝑀𝑡đ𝐴 = 0, để phù hợp với kết cấu lắp đặt, ta nên chọn đường kính A đường kính C, tức 𝑑𝐴 = 𝑑𝐶 220 Để phù hợp với yêu cầu độ bền, công nghệ tiêu chuẩn lắp ráp, ta phải chọn lại đường kính trục tiết diện theo tiêu chuẩn 𝑑𝐴 = 55𝑚𝑚; 𝑑𝐵 = 60𝑚𝑚; 𝑑𝐶 = 55𝑚𝑚; 𝑑𝐷 = 45𝑚𝑚 Tính kiểm nghiệm độ bền mỏi: a Với thép C45 có 𝑏 = 600 𝑀𝑃𝑎; −1 = 0,436𝑏 = 261,6 𝑀𝑃𝑎; −1 = 0,58−1 = 151,7 𝑀𝑃𝑎; tra bảng 7.6, ta có:  = 0,05;  = b Trục hộp giảm tốc quay, ứng suất thay đổi theo chu kỳ đối xứng 𝑎𝑗 tính theo (7.17) 𝑚𝑗 = Vì trục quay chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, 𝑚𝑗 = 𝑎𝑗 , tính theo (7.18) c Xác định hệ số an tồn tiết diện nguy hiểm trục: Dựa vào kết cấu trục biểu đồ mômen tương ứng hình 7.8, thấy tiết diện sau tiết diện nguy hiểm cần kiểm tra độ bền mỏi:tiết diện nguy hiểm là: vị trí lắp bánh B, vị trí lắp ổ lăn C bánh xích D d Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trục theo K6, lắp bánh răng, bánh xích lắp trung gian H7/K6 Kích thước then tra bảng 7.15, trị số mômen chống uốn chống xoắn tra bảng 7.6 ứng với tiết diện sau: Tiết diện Đường kính trục bxh 𝑡1 W (mm3) 𝑊0 (mm3) B D 60 45 18x11 14x9 5,5 18256.3 7611.3 39462 16557.5 e Xác định hệ số K σdj K τdj tiết diện theo công thức (7.20) (7.21): Trục gia công máy tiện, tiết diện nguy hiểm yêu cầu đạt Ra=2,5…0,63, tra bảng 7.8, K x = 1,06.Trục gia công theo phương pháp tăng bền bề mặt, tra bảng 7.9, hệ số tăng bền K y = 1; Tra bảng 7.12, dùng dao phay ngón, hệ số tập trung ứng suất rãnh then ứng với vật liệu bền 𝑏 = 600 𝑀𝑃𝑎 K σ = 1,76, K  = 1,54 Tra bảng 7.10 ta có hệ số kích thước𝜀𝜎 𝜀 ứng với đường kính tiết diện 221 .. .Trục dùng để đỡ chi tiết quay, bao gồm trục tâm trục truyền Trục tâm quay với chi tiết lắp khơng quay, chịu lực ngang momen uốn Trục truyền ln ln quay, tiếp nhận... Các trục hộp giảm tốc, hộp tốc độ trục truyền Chỉ tiêu quan trọng phần lớn trục độ bền, độ cứng trục quay nhanh độ ổn định dao động Tính tốn thiết kế trục bao gồm bước: - Chọn vật liệu - Tính thiết. . .tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép độ bền dập theo (7.34) độ bền cắt (7.36), chi? ??u dài then chọn l=1,35d, kết tính tốn sau: Bảng Kết tính tốn kiểm nghiệm then